Az emberi mesterséges kromoszómák több tonna DNS-rakományt szállíthatnak a sejtekbe

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Az emberi mesterséges kromoszómák több tonna DNS-rakományt szállíthatnak a sejtekbe. PlatoBlockchain adatintelligencia. Függőleges keresés. Ai.

Az emberi genetikai terv megtévesztően egyszerű. Génjeink szorosan 46 X-alakú struktúrába, úgynevezett kromoszómába vannak tekercselve. Az evolúció által megalkotott DNS-t hordozzák, és a sejtek osztódása során szaporodnak, biztosítva genomunk generációkon át tartó stabilitását.

1997-ben egy tanulmány megtorpedózta az evolúció játékkönyvét. Először, egy csapat mesterséges emberi kromoszómát hozott létre géntechnológia segítségével. Amikor egy Petri-csészében emberi sejtbe juttatták, a mesterséges kromoszóma úgy viselkedett, mint természetes társai. A sejtek osztódásával replikálódott, és 47 kromoszómával rendelkező emberi sejtekhez vezetett.

Nyugodj meg, a cél nem fajunk mesterséges evolúciója volt. Inkább a mesterséges kromoszómák felhasználhatók emberi genetikai anyag nagy darabjainak vagy génszerkesztő eszközöknek a sejtekbe történő szállítására. A jelenlegi szállítórendszerekhez – vírushordozókhoz vagy nanorészecskékhez – képest a mesterséges kromoszómák sokkal több szintetikus DNS-t tartalmazhatnak.

Elméletileg úgy tervezhetők, hogy terápiás géneket vigyenek át genetikai rendellenességekkel küzdő emberekbe, vagy rákellenes géneket adjanak hozzá.

A több mint két évtizedes kutatás ellenére azonban a technológia még nem került be a mainstreambe. Az egyik kihívás az, hogy a kromoszómákat létrehozó rövid DNS-szegmensek összetapadnak a sejtek belsejében, ami megnehezíti a gének viselkedésének előrejelzését.

Ebben a hónapban, egy új tanulmány a Pennsylvaniai Egyetem megváltoztatta a 25 éves receptet, és megépítette a mesterséges kromoszómák új generációját. Elődeikhez képest az új kromoszómákat könnyebb megtervezni, és hosszabb DNS-szegmenseket használnak, amelyek nem csomósodnak össze a sejtek belsejében. Nagy hordozók is, amelyek elméletileg a legnagyobb élesztőkromoszóma méretű genetikai anyagot juttathatják az emberi sejtekbe.

„Lényegében teljesen átdolgoztuk a HAC [emberi mesterséges kromoszóma] tervezésének és szállításának régi megközelítését” – a tanulmány szerzője, Dr. Ben Black mondott sajtóközleményben.

"A munka valószínűleg fellendíti a mesterséges kromoszómák tervezésére irányuló erőfeszítéseket állatokban és növényekben egyaránt" írt a University of Georgia Dr. R. Kelly Dawe, aki nem vett részt a vizsgálatban.

Ön alakja

1997 óta a mesterséges genomok bevett biotechnológiává váltak. Baktériumokban, élesztőgombákban és növényekben DNS átírására használták, így olyan sejteket eredményeztek, amelyek életmentő gyógyszereket vagy gyógyszereket szintetizálhatnak. egyél műanyagot. Segíthetnek a tudósoknak abban is, hogy jobban megértsék a genomunkban szétszórt titokzatos DNS-szekvenciák funkcióit.

A technológia meghozta az első szintetikus organizmusokat is. 2023 végén a tudósok élesztősejteket fedeztek fel génjeik felét mesterséges DNS-sel helyettesítik – a csapat azt reméli, hogy végül minden egyes kromoszómát testre szabhatnak. Korábban ebben az évben, egy másik tanulmány a növény kromoszómájának átdolgozott részei, tovább feszegetve a szintetikus organizmusok határait.

A kromoszómák szerkezetével való trükközéssel – például a feltételezett haszontalan régiók levágásával – jobban megérthetjük, hogyan működnek normálisan, ami potenciálisan betegségek kezeléséhez vezethet.

Az emberi mesterséges kromoszómák felépítésének célja nem az, hogy szintetikus emberi sejteket alakítsanak ki. A munka inkább a génterápia előmozdítását célozza. A terápiás gének vagy génszerkesztő eszközök sejtekbe történő szállításának jelenlegi módszerei vírusokon vagy nanorészecskéken alapulnak. De ezek a fuvarozók korlátozott rakománykapacitással rendelkeznek.

Ha a jelenlegi szállítójárművek olyanok, mint a vitorlások, a mesterséges emberi kromoszómák olyanok, mint a teherhajók, amelyek sokkal nagyobb és szélesebb skálájú gének szállítására képesek.

A probléma? Nehéz megépíteni őket. Ellentétben a baktériumokkal vagy az élesztő kromoszómáival, amelyek kör alakúak, kromoszómáink olyanok, mint egy „X”. Mindegyik közepén van egy centromerának nevezett fehérjeközpont, amely lehetővé teszi a kromoszóma elválasztását és replikációját, amikor egy sejt osztódik.

Bizonyos értelemben a centromer olyan, mint egy gomb, amely érintetlenül tartja a koptató szövetdarabokat – a kromoszóma karjait. Az emberi mesterséges kromoszómák felépítésére irányuló korábbi erőfeszítések ezekre a struktúrákra összpontosítottak, és olyan DNS-betűket vontak ki, amelyek fehérjéket expresszálhattak az emberi sejtekben, hogy rögzítsék a kromoszómákat. Ezek a DNS-szekvenciák azonban gyorsan megragadták magukat, mint kétoldalas szalag, és golyókban végződtek, amelyek megnehezítették a sejtek hozzáférését a hozzáadott génekhez.

Ennek egyik oka az lehet, hogy a szintetikus DNS-szekvenciák túl rövidek voltak, ami megbízhatatlanná tette a minikromoszóma-komponenseket. Az új tanulmány a korábbinál jóval nagyobb emberi kromoszóma-szerelvény tervezésével tesztelte az ötletet.

Nyolc a szerencsés szám

Az X-alakú kromoszóma helyett a csapat az emberi mesterséges kromoszómát körként tervezte, amely kompatibilis az élesztőben történő replikációval. A kör 760,000 1 DNS-betűpárt tartalmazott – nagyjából 200/XNUMX akkora, mint egy teljes emberi kromoszóma.

A kör belsejében genetikai utasítások voltak egy erősebb centromer létrehozására – ez a „gomb”, amely érintetlenül tartja a kromoszómaszerkezetet, és képes replikálódni. Miután egy élesztősejtben kifejeződött, a gomb az élesztő molekuláris gépezetét toborozta, hogy egészséges emberi mesterséges kromoszómát hozzon létre.

Kezdeti körkörös formájában élesztősejtekben a szintetikus emberi kromoszóma ezután közvetlenül bekerülhet az emberi sejtekbe a sejtfúziónak nevezett folyamaton keresztül. A tudósok kémiai kezelésekkel távolították el az élesztősejtek körüli „burkolóanyagot”, lehetővé téve, hogy a sejtek összetevői – köztük a mesterséges kromoszóma – közvetlenül egyesüljenek az emberi sejtekkel a Petri-csészékben.

A jótékony földönkívüliekhez hasonlóan a hozzáadott szintetikus kromoszómák boldogan integrálódtak emberi gazdasejtjeikbe. Ahelyett, hogy ártalmas törmelékbe csomósodtak volna, a körök nyolcas alakra duplázódtak, és a centroméra tartja össze a köröket. A mesterséges kromoszómák boldogan éltek együtt a natív X-alakú kromoszómákkal, anélkül, hogy megváltoztatták volna normál funkciójukat.

A génterápiához elengedhetetlen, hogy a hozzáadott gének a sejtek osztódása közben is a szervezetben maradjanak. Ez a tulajdonság különösen fontos a gyorsan osztódó sejtek, például a rák esetében, amelyek gyorsan képesek alkalmazkodni a terápiákhoz. Ha egy szintetikus kromoszóma tele van ismert rákelnyomó génekkel, akkor a rákos megbetegedések és más betegségek féken tarthatók a sejtgenerációk során.

A mesterséges emberi kromoszómák átmentek a teszten. Fehérjéket toboroztak az emberi gazdasejtekből, hogy elősegítsék azok elterjedését, miközben a sejtek osztódnak, így megőrizték a mesterséges géneket generációkon keresztül.

Egy újjászületés

Sok minden változott az első emberi mesterséges kromoszómák óta.

A génszerkesztő eszközök, mint például a CRISPR, megkönnyítették genetikai tervünk újraírását. Egyre nőnek azok a szállítási mechanizmusok, amelyek meghatározott szerveket vagy szöveteket céloznak meg. De a szintetikus kromoszómák visszanyerhetik a reflektorfény egy részét.

Ellentétben a vírushordozókkal, amelyek a génterápiák vagy génszerkesztők leggyakrabban használt szállítóeszközei, a mesterséges kromoszómák nem tudnak bejutni a genomunkba, és megzavarják a normális génexpressziót – így potenciálisan sokkal biztonságosabbak.

A technológiának azonban vannak sebezhetőségei. A módosított kromoszómák még mindig gyakran elvesznek a sejtek osztódása során. A centromer – a kromoszóma „gombja” – közelében elhelyezett szintetikus gének szintén megzavarhatják a mesterséges kromoszóma replikációs és szétválási képességét, amikor a sejtek osztódnak.

De Dawe szerint a tanulmánynak nagyobb jelentősége van, mint az emberi sejteknek önmagában. A centromerek újratervezésének ebben a tanulmányban bemutatott elvei felhasználhatók élesztőgombákra, és potenciálisan „alkalmazhatók” az élő szervezetek birodalmaiban.

A módszer segíthet a tudósoknak az emberi betegségek jobb modellezésében vagy gyógyszerek és vakcinák előállításában. Tágabb értelemben: "Hamarosan lehetségessé válik a mesterséges kromoszómák bevonása egy bővülő eszköztárba az egészségügy, az állattenyésztés, valamint az élelmiszer- és rosttermelés globális kihívásainak kezelésére" - írta.

Kép: Warren Umoh / Unsplash